不定形耐火材料是指由顆粒級配的骨料、細粉和結合劑組成的不經(jīng)成型可直接使用的耐火材料。與定形耐火材料相比,不定形耐火材料有以下優(yōu)點:生產(chǎn)周期短,節(jié)省能源,材料整體性好,適應性強并且綜合使用效果好,發(fā)展也非常迅速。定形耐火制品的強度源于高溫燒結形成的陶瓷結合,而不定形耐火材料則靠結合劑使其變成一個整體。因此,結合劑的性質很大程度上決定著澆注料在不同溫度下的性能。
不定形耐火材料的常用結合方式
不定形耐火材料的結合方式可分為化學結合、水化結合、凝聚結合、陶瓷結合和黏著結合等。
化學結合:是指借助結合劑與耐火材料,或結合劑與硬化劑在常溫下發(fā)生化學反應,或加熱時發(fā)生化學反應生成新的化合物或聚合(縮合)交聯(lián)而產(chǎn)生的結合。具有代表性的是磷酸或磷酸鹽、硅酸鈉或硅酸鉀、酚醛樹脂等。
水化結合:常用的水化結合劑有鋁酸鈣水泥、硅酸鈣水泥、ρ-Al2O3和MgO等。水化結合是指常溫下結合劑與水發(fā)生化合反應生成水化產(chǎn)物而產(chǎn)生的結合。水化結合劑在常溫下進行水化反應需要一定的時間,因此,凝結和硬化時間對于水化結合劑很重要。
凝聚結合。所謂凝聚結合,是指分散狀態(tài)的氧化物或黏土由于凝集而產(chǎn)生的硬化反應。產(chǎn)生凝聚結合的常用材料有黏土微粉、氧化物超微粉(SiO2、A2lO3、TiO2、Cr2O3等)、鋁溶膠、硅溶膠等。凝聚結合靠粒子(膠體粒子)之間相互吸引緊密接觸,借助于范德華力結合在一起,使用時需要加凝聚劑。
陶瓷結合。陶瓷結合又稱低溫燒結結合,是指在不定形耐火材料中加入可降低燒結溫度的助劑或金屬粉以促進低溫固液反應而產(chǎn)生的結合。常用的低溫燒結助劑有氟化物、硼酸鹽、含鈉玻璃、金屬粉末(Si、Al、Mg等)。燒結助劑一般是指在中低溫下(500℃~1000℃),首先熔融成黏性液相,將材料顆粒黏結在一起,隨后依靠液固之間的高溫化學反應生成具有更高熔融溫度的結合相而產(chǎn)生的堅固結合。
黏著結合。黏著結合劑多為一些有機結合劑,如紙漿廢液、瀝青等,也有一些無機結合劑如磷酸二氫鋁和水玻璃等。這些結合劑有些為永久性結合劑,經(jīng)高溫處理后會碳化形成碳結合,有的為暫時性結合劑,高溫處理后會燃燒掉。
黏著結合是由一種或若干種作用疊加而成的結合,一是吸附作用,由分子間的范德華力引起。二是擴散作用,在分子熱運動的作用下,黏結劑和被黏結物相互擴散,形成相互交織的擴散層,從而牢固地結合。三是靜電作用,由黏結劑和被黏結物之間雙電層的靜電引力引起。